Nghiên cứu tạo màng vỏ bọc chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng bảo quản thủy sản

1
NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG VỎ BỌC CHITOSAN TỪ VỎ TÔM
VÀ ỨNG DỤNG BẢO QUẢN THỦY SẢN
RESEARCHING THE PROCESS TO PRODUCE CHITOSAN MEMBRANE FROM SHRIMP
SHELL AND APPLYING CHITOSAN MEMBRANE IN COSERVATION OF FISHERIES
Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh
Bộ môn Phát triển Sản Phẩm, Khoa Công Nghệ Thực Phẩm
Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
Tel: 08-8963340; 8974002, E-mail:
SUMMARY
Chitin that is a natural organic constituent has had high exchange value. The derivative of chitin
is specially chitosan, which has had many applications on light industry, food, agriculture, medicine,
and comestic… Makingsausaage casing; chitosan (3%) and 10% of mixed additives of PEG and EG
(ratio1:1) are dissolved in a aqueous acetic acid solution, the acetic acid concentration of the solution
is 1.5%. The solutions are used to make sausage casing for 35 minutes at 64 - 65
0
C.Conservation
fisheries: chitosanis dissolved in an aqueous acetic acid solution at a concentration of 2%, the acetic
acid concentrationof the solution is 1.5%. The solution is used to cover the raw fish to reduce loss of
weight during freezing from 2 to 3 times and the dried fish products to expand time of conservation.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Chitin là một polysaccharid có mặt trong thiên nhiên nhiều nhất chỉ sau cellulose. Nó có trong vỏ
các loài giáp xác, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes, trong sinh khối nấm mốc, một vài loại
tảo… Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin. Việc nghiên cứu rộng rãi những bao bì có tính
năng vừa sử dụng như thực phẩm vừa không ảnh hưởng đến môi trường tư Chitin có sẵn, có những
đặc tính sinh học quý giá có ý nghóa rất lớn.
Ở nước ta tôm đông lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong số các sản phẩm đông lạnh. Chính vì
vậy vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào, rẻ tiền có sẵn quanh năm cho việc sản
xuất chitin và chitosan ở nước ta. Nhờ vào những đặc tính sinh học quý giá chitosan được ứng dụng

nhiều trong lónh vực y học, xử lý nước, công nghiệp nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm…
Việc bảo quản các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như thòt cá… Trong điều kiện
khí hậu nóng ẩm của nước ta là một trong những vấn đề đã và đang được quan tâm của các nhà sản
xuất, chế biến và của các nhà khoa học công nghệ.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu ứùng dụng tạo màng chitosan làm vỏ bọc xúc xích
- Nghiên cứu tạo màng Chitizan bảo quản các sản phẩm thuỷ sản. Ở dạng tươi và khô
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Phương tiện
Dụng cu và thiết bòï
Bình đònh mức, pipette, ống đong 500ml, bềp điện, nhiệt kế.
Máy sấy, tủ nung, tủ cấp đông Vestfrost, máy đo lực (PENETROMETTER), máy đo độ dày Mega –
Check, dụng cụ tạo vỏ bọc.
Hóa chất
Acetic acid, Polyethylen Glycol (PEG), Ethylen Glycol (EG), Glycerin.
Nguyên liệu
Chitosan, cá nục tươi, cá khô lưỡi trâu, mực khô
Nội dung và phương pháp tiến hành
Xác đònh chất lượng chitosan: Xác đònh độ deacetyl hóa của chitosan. Xác đònh hàm lượng tro.
Xác đònh ẩm độ: bằng phương pháp sấy khô. Xác đònh hàm lượng đạm tổng số bằng phương pháp
Kjeldahl.
Thí nghiệm xác đònh chất phụ gia, tỷ lệ phụ gia sử dụng, Xác đònh thời gian tạo vỏ bọc
Bảo quản thủy sản bằng màng chitosan cho: cá nục ở dạng nguyên con và dạng fillet. Cá khô và
mực khô.
Sử dụng máy đo PENETROMETER để đo lực phá vỡ màng
Sử dụng máy Mega – check để đo độ dày màng.
Phương pháp xử lý số liệu: bằng chương trình STATGRAPHIC 7.0.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Công nghệ sản xuất chitosan
Công nghệ sản xuất chitosan dựa trên nguyên tắc loại bỏ muối calcium, protein và các tạp chất

khác trong vỏ tôm.
Sơ đồ:

Vỏ tôm Xử lý Vỏ tôm sạch loại khoáng và tách protein
chitin deacetyl hóa chitosan

Nguyên liệu mà chúng tôi sử dụng là chitosan có các thông số kỹ thuật sau: màu: trắng ngà;
không mùi; Độ deacetyl hóa: 87,2%; ẩm độ: 11,6%.
Tính chất của chitosan
Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau. Có màu
trắng hay vàng nhạt , không mùi vò , không tan trong nước, dung dòch kiềm và acid đậm đặc nhưng
tan trong acid loãng (pH 6-6,6) tạo dung dòch keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng
chảy 309
0
C – 311
0
C. Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000 - 500.000 dalton tùy loại.
Chitosan là một polyamine nó được xem như một polymer cationic có khả năng cho các ion kim
loại nặng bám chặt vào các bề mặt điện tích âm và tạo ra phức chất với kim loại và kết tủa; Nhờ
vào những biến đổi của nhóm OH qua phân tử copolymer và khả năng tạo phản ứng của nhóm –NH
2
.
Trên mỗi mắt xích của phân tử chitosan có ba nhóm chức, các nhóm chức này có khả năng kết hợp
với chất khác để tạo ra các dẫn xuất có lợi khác nhau của chitosan (O-acylchitosan, N-acetyl
chitosan, N-phatylchitosan…).
Thí nghiệm, ứng dụng tạo màng chitosan
Thí nghiệm chọn phụ gia
- Các chất phụ gia: Để cải thiện chất lượng màng, người ta sử dụng thêm các chất phụ gia khác
nhau nhưng có cùng bản chất hóa học. Thường các chất hoá dẻo được sử dụng nhằm làm tăng tính
dẻo dai và đàn hồi của màng. Ví dụ như: ethylen glycol (EG), polyethylen glycol (PEG), glycerin…

+ Ethylen Glycol (EG): công thức hóa học (HOH
2
C – CH
2
OH ). Được tạo ra từ quá trình
hydrat hóa ethylene oxide dưới tác động của nhiệt độ (200 – 300
0
C)
O

CH
2
– CH
2
+ H
2
O HOH
2
C – CH
2
OH
EG không màu, không mùi, ở dạng dung dòch, có vò ngọt, không độc, được sử dụng làm chất hóa
dẻo, có khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ và là chất trung gian trong các sản phẩm như
keo, nhựa thông.
Polyethylen Glycol: không màu, không mùi và có vò ngọt, được tạo ra trong quá trình trùng ngưng
ethylen glycol (HOH
2
C – CH
2
OH)

n
. Đây là một trong những tác nhân tạo nhủ tốt, có khả năng giữ
ẩm và duy trì độ nhớt.
Glycerin: công thức hóa học CH
2
OH

CHOH

CH
2
OH
Là chất không màu, không mùi, có vò ngọt và ở dạng lỏng. Glycerin tan trong nước và một số
alcohol. Glycerin được sử dụng trong công nghiệp dược và thực phẩm; là một tác nhân giữ ẩm quan
trọng. Nó được thêm vào nhằm làm cho sản phẩm không bò khô quá nhanh và tạo nhủ trong thực
phẩm. Nó làm cho màng mềm dẻo và dễ sử dụng. Vì vậy tốc độ bốc hơi nước phải được điều chỉnh
hợp lý bằng cách thay đổi nhiệt độ, tốc độ chuyển dòch và trao đổi không khí, thay đổi độ nhớt và
nồng độ chitosan trong dung dòch, kể cả các chất phụ gia. Khi thay đổi các thông số này ta sẽ thu
được màng có cấu trúc và tính chất khác nhau.


2


3
Pha dung dòch chitosan 3% trong dung dòch acetic acid 1,5%. Sau đó bổ sung chất phụ gia với tỷ lệ
thích hợp (10%) và trộn đều. Để yên một lúc để loại bọt khí.
Lấy 50 g dung dòch trên quét lên ống inox (∅ = 25 mm) đã được làm nóng liên tục ở 64
0
C – 65

0
C.
Để vỏ khô trong vòng 35 phút rồi tháo ra đem đo chỉ tiêu.
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu 1 yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên và được lặp lại 3 lần cho một
nghiệm thức.
Bảng 1. Ảnh hưởng của phụ gia khác nhau

Phụ gia
Chỉ tiêu
Glycerin EG PEG PEG - EG
Không phụ
gia
Lực(kG/cm
2
) 1,80 5,47 3,60
6,86
1,66
Độ dày(µm) 104,1 46,2 59,2 52,6 129,1

Qua bảng 4.1 thấy rằng giưã các loại phụ gia sử dụng khác nhau cho một loại vỏ bọc có chất lượng
và bề mặt khác nhau. Với hỗn hợp phụ gia PEG - EG, vỏ bọc tạo ra có lực phá vỡ lớn nhất (6,86
kG/cm
2
); kế đến là EG (5,47 kG/cm
2
) và thấp nhất là mẫu không sử dụng phụ gia (1,66 kG/ cm
2
).
Vỏ bọc tạo ra có màu vàng ngà, dẻo, dai, tương đối chắc, không có mùi vò lạ, bề mặt láng và có thể
dồn lại.

Xác đònh nồng độ phụ gia sử dụng
Với hỗn hợp phụ gia EG và PEG, ta tiến hành xác đònh nồng độ phụ gia.
Trộn phụ gia vào dung dòch chitosan 3% đã pha với các nồng độ khác nhau: 5%, 10%, 15%, 20%,
25% với hỗn hợp PEG - EG tỷ lệ 1 : 1.
Lấy 50 g dung dòch đã pha quét lên ống inox (∅ = 25 mm), nhiệt độ 64
0
C – 65
0
C và. Để vỏ khô
trong vòng 35 phút rồi tháo ra đem đo chỉ tiêu :
Bảng 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia khác nhau

C%
Chỉ tiêu
5 10 15 20 25
Lực phá vỡ (kG/cm
2
) 5,81
6,76
2,91 2,78 2,38
Độ dày (µm) 45,2 52,6 60,4 72,0 79,3
Qua bảng 2 ta thấy nồng độ 10%, 35 phút là thời gian đủ để cung cấp năng lượng để hình thành
các mối liên kết, đồng thời loại bỏ bớt nước giúp cho vỏ có độ khô thích hợp, dẻo và dai. Ở nồng độ
phụ gia này lực phá vỡ là lớn nhất 6,76 kG/cm
2
. Lực phá vỡ giảm dần từ nồng độ 10% đến nồng độ
25% (6.76 kG/cm
2
đến 2.38 kG/cm
2

). Qua xử lý thống kê cho thấy sự khác biệt về mặt thống kê với p
< 0,05 ở các mẫu: (5% và 10%, 15%, 20%, 25%); (10% và 15%, 20%, 25%); (15% và 20%).
Điều này cho thấy hỗn hợp EG + PEG liên kết với chitosan có khả năng giữ ẩm tốt. Đồng thời lúc
này xảy ra quá trình giản mạch từ từ, các liên kết được sắp xếp lại và hình thành liên kết mới
glycol-chitosan; ngoài ra còn có liên kết gián tiếp thông qua phân tử nước tạo cầu nối hydro. Khi gia
nhiệt sẽ không xảy ra hiện tượng mất nước đột ngột và cục bộ, giúp dung dòch phủ đều trên thành
ống.
Kết quả cho thấy ở nồng độ phụ gia khác nhau vỏ tạo ra cũng có độ dày khác nhau, và sự khác
biệt này có ý nghóa về mặt thống kê. Trắc nhiệm LSD cho thấy có sự khác biệt về độ dày đối với
các nhóm: (5% và 15%, 20%, 25%); (10% và 20%, 25%); (15% và 20%) ở mức p <0,05. Qua bảng 4.2 ta
thấy nồng độ phụ gia càng cao thì độ dày của vỏ càng cao (từ 45,2 đến 79,3 µm)
Qua thí nghiệm cho ta thấy, với phụ gia PEG - EG 10% làm khô ở nhiệt độ 64
0
C – 65
0
C trong 35
phút là tốt nhất.
Xác đònh thời gian tạo vỏ bọc
Chọn phụ gia PEG - EG 10% so với dung dòch chitosan 3% đã pha. Tiến hành tạo vỏ bọc và theo
dõi thời gian khô vỏ.


4
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của thời gian làm khô vỏ

Thời gian (phút)
Chỉ tiêu
25 30 35 40 45
Lực phá vỡ (kG/cm2) 5,11 5,58
6,84

5,26 5,16
Khối lượng (g)
2,39
1,92 1,88 1,62
1,26
Độ dày (µm)
75,8
55,7 52,6 47,5
36,0

Kết quả về xử lý thống kê:
Khối lượng theo từng thời gian là có ý nghóa về mặt thống kê: (25 và 30, 35, 40, 45 phút); (30 và
40 , 45 phút) với p <0,05.
Độ dày theo từng thời gian là có ý nghóa với p <0,05: (25 và 30, 35, 40, 45 phút); (30 và 45 phút).
Giữa các thời gian (30 và 35, 40 phút); (35 và 40 phút) đối với chỉ tiêu độ dày là không có sự khác
biệt.
Khi thời gian càng kéo dài ở cùng một nhiệt độ thì vỏ càng khô và mỏng do mất nước nhiều, các
phân tử chitosan xích lại gần nhau dàn thành một lớp đơn phân trở nên giòn dễ gãy. Lúc này các
mối liên kết bò phá vỡ tạo những kết cấu không bền cục bộ, nước bốc hơi quá mức.
Ứng dụng vỏ bọc vào quá trình nhồi xúc xích
Vỏ bọc tạo ra được sử dụng để nhồi xúc xích chiều dài 460 mm, đường kính 25 mm, màu vàng ngà,
không mùi vò, hơi đục. Tạo hỗn hợp để nhồi. Cho hỗn hợp nguyên liệu xúc xích vào máy nhồi quay
tay và nhồi vào vỏ bọc.
Với áp lực của máy nhồi tay, vỏ bọc không bò nứt, có thể cột ở hai đầu. Vỏ bọc bám sát vào nguyên
liệu bên trong tạo hình xúc xích.
Đem thanh trùng xúc xích ở nhiệt độ 80
0
C. Sau 20 phút thì vỏ chưa bò nứt. Tiếp tục thanh trùng,
sau 25 phút thì vỏ bò nứt hoàn toàn.
Xúc xích sau khi nấu có hình dáng đẹp, bề mặt hơi nhăn nhưng thể hiện được một phần màu của

nguyên liệu bên trong và không làm mất mùi đặc trưng của xúc xích.
Qui trình tạo màng vỏ bọc
Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy nhằm mục đích làm gia tăng bề mặt tiếp xúc giữa chitosan
và dung môi acetic acid. Lấy chitosan này đem pha dung dòch chitosan 3% trong dung dòch acetic
acid 1,5% cho chitosan phân tán trong dung dòch acetic acid loãng. Khuấy đều rồi để yên dung dòch
đã pha khoảng 5 phút để loại bớt bọt khí. Sau đó đem dung dòch quét đều lên ống inox (Þ = 25mm)
đã được nâng nhiệt đến 64 -65
0
(ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước nóng đun sôi). Để khô vỏ
trong vòng 35 phút rồi tách vỏ. Lúc này ta được vỏ xúc xích bóng có màu vàng ngà, không mùi vò.
Ứng dụng trong bảo quản thủy sản
- Đối với cá tươi
Cá mua về sau khi xử lý (lấy ruột, mang, để nguyên con hay fillet… rửa) và để thật ráo rồi đem
cân. Nhúng cá đã xử lý vào dung dòch chitosan được pha sẵn ở các nồng độ: 0,5%; 1%; 1,5%; 2%; 2;5%
và mẫu đối chứng. Để cá ráo trong tủ mát khoảng 10 phút giúp màng chitosan được đònh hình, sau
đó đem cân lại. Đưa cá vào tủ cấp đông chậm ở nhiệt độ –25
0
C trong vòng 18 tiếng, lấy cá ra cân lại
và xác đònh phần trăm hao hụt trọng lượng.
Bố trí thí nghiệm theo kiểu một yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên và được lặp lại 6 lần.


5
Bảng4. Hao hụt trọng lượng cuả cá nguyên con trong quá trình cấp đông (%)

C%
Lặp lại
0 0,5 1 1,5 2 2,5
1 2,23 1,74 1,33 1,29 0,53 1,14
2 2,05 1,86 1,4 1,16 1,05 0,47

3 1.96 2,01 1,59 1,28 1,36 1,08
4 1,73 2,16 1,42 1,42 1,47 1,12
5 1,75 1,62 1,60 1,43 1,27 0,97
6 2,19 2,07 1,47 1,59 1,09 0,87
Trung bình 1,98 1,91 1,46
1,36 1,12 0,94

Bảng 5. Hao hụt trọng lượng của cá fillet trong qúa trình cấp đông (%)

C%
Lặp lại
0 0,5 1 1,5 2 2,5
1 4,05 2,04 1,96 2,04 1,07 1,50
2 3,37 2,08 2,04 2,02 1,05 1,53
3 3,50 2,45 2,16 1,73 1,61 1,32
4 3,82 2,55 2,07 1,90 1,57 1,24
5 3,80 2,32 2,15 1,93 1,74 1,54
6 3,65 2,36 2,18 2,02 1,93 1,66
Trung bình 3,69 2,30 2,09
1,94 1,49 1,46

Cá là nguyên liệu có cơ lỏng lẻo, nhiều nước. Trong quá trình cấp đông chậm (t
0
= - 25
0
C) sẽ xảy
ra hiện tượng mất nước, làm cho trọng lượng của cá giảm. Do môi trường trong tủ cấp đông là không
khí lạnh và khô, nước khuếch tán từ cơ thòt cá ra bề mặt của cá và từ bề mặt của cá ra môi trường
bên ngoài. Để khắc phục hiện tượng này, việc sử dụng màng chitosan bao phủ bề mặt của cá là có
hiệu quả.

Theo kết qủa xử lý thống kê cho thấy sự khác biệt về phần trăm hao hụt trọng lượng cá cấp đông
sau 18 giờ là có ý nghóa về mặt thống kê. Ở nồng độ 0,5% và mẫu đối chứng ta thấy không có sự
khác biệt ; mẫu 0,5% và 1% cũng không có sự khác biệt về % hao hụt trọng lượng. Điều này cho thấy,
với nồng độ chitosan thấp sẽ tạo màng kém, dẫn đến khả năng ngăn cản sự hao hụt trọng lượng
giảm. So với mẫu đối chứng, mẫu 1%; 1,5%; 2%; 2,5% có sự khác biệt có ý nghóa ở mức xác suất p <
0,05. Thí nghiệm cho thấy nồng độ chitosan ảnh hưởng đến hao hụt trọng lượng trong qúa trình cấp
đông và trung bình phần trăm hao hụt cao nhất là ở mẫu đối chứng (1,98%), thấp nhất là ở mẫu
2,5% (0,94%).
Sau khi cấp đông ta tiến hành rã đông để đánh giá mùi vò. Cho cá vào nước, nấu chín rồi tiến
hành kiểm tra mùi vò. Chúng tôi nhận thấy, dung dòch chitosan không làm thay đổi mùi vò của sản
phẩm.
Đối với thủy sản khô
Thực hiện thí nghiệm đối với cá khô lưỡi trâu và mực khô. Pha dung dòch chitosan 2% trong dung
dòch acetic acid 1,5%. Nhúng cá và mực có ẩm độ khác nhau vào dung dòch được pha, làm khô bằng
cách sấy ở nhiệt độ 30
0
C có quạt gió. Theo dõi thời gian bảo quản của cá và mực ở điều kiện nhiệt độ
bình thường, không bao gói. Cứ 24 giờ theo dõi mẫu một lần. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu
nhiên theo kiểu 2 yếu tố và được lặp lại 3 lần cho mỗi nghiệm thức.